2,5-二甲基苯酚传统合成工艺及改进.pdf

2,5-二甲基苯酚传统合成工艺及改进

一、实验目的

1.掌握传统磺化碱熔工艺制备酚类产品的方法。

2.掌握一般反应条件优化方法，认识不同优化方法对应的结果。

3.针对传统磺化碱熔工艺存在的诸多问题，开发环境友好的绿色路

线合成酚类产品（以2,5-二甲基苯酚的合成为例）。

4.找到新工艺能够替代传统工艺的成本平衡点及改进突破口。

二、实验原理

羟基（-OH）与芳烃核（苯环或稠苯环）直接相连形成的有机化合

物称为酚，是一类用途非常广泛的有机化合物，代表性的化合物包括苯

酚、甲基苯酚、萘酚等等。如何经济、环保的在苯环上引入羟基，是现

代化学工业及学术界热门的研究方向之一。

2,5-二甲基苯酚（CAS号：95-87-4）是一种重要的染料中间体，

也是合成吉非罗齐的重要中间体。2,5-二甲基苯酚为近白色至米红色

柱状结晶体或片状固体。易溶于醚，醇，能升华，能与水蒸汽一同挥

发。2,5-二甲基苯酚有许多同分异构体，如2,3-二甲基苯酚，2,4-二甲

基苯酚，2,6-二甲基苯酚，3,4-二甲基苯酚等等，这些异构体的合成方

法有具有一定的相似性（包括整个酚类产品的合成也具有一定的相似

性）。

现在工业上采用的合成2,5-二甲基苯酚的方法如图1所示[1]，以对二

甲苯为原料，经浓硫酸磺化得2,5-二甲基苯磺酸，然后在低温下

与氢氧化钠反应得2,5-二甲基苯磺酸钠，进一步在高温（300度以上）与

氢氧化钠反应制得2,5-二甲基苯酚钠，最后经酸中和得到2,5-二甲基苯

酚。此工艺路线的特点的路线成熟，原料易得。但其显著的缺点

是过程需消耗大量的酸、碱（为了确保合理的原料转化率，有的需过

量10倍摩尔量以上），且酸解交替使用使得过量的酸碱难以被回收利

用，最终酸碱成盐，含盐废水量大，酸碱消耗量大，设备要求较高。

图1.现有2,5-二甲基苯酚合成工艺

尽管磺化碱熔法仍然是现在工业上生产2,5-二甲基苯酚的优选

工艺，为了解决现有工艺中含盐废水量大、酸碱消耗量大、设备要求

较高等问题，人们一直在追求一种从对二甲苯直接一步合成2,5-二甲

基苯酚的方法，如图2所示。此路线的关键是找到高效催化剂来催化

对二甲苯的羟基化，在确保合理转化率（单程转化40%）的前提下

降低双氧水用量。

图2.对二甲苯直接一步合成2,5-二甲基苯酚

双氧水氧化是近年来新开发的在苯环上引入羟基的环境友好的

工艺路线，其催化过程包括双氧水在催化剂作用下分解为羟基自由

基，羟基自由基与苯环上的氢结合生成水，以及酚羟基生成的过程（图

3）。在催化剂存在下，双氧水不但会生成羟基自由基，自身还会分解

为水和氧气。因此，反应所需的双氧水往往是过量的。如何合理控制

双氧水分解速率与羟基自由基生成及消耗速率，是降低反应双氧水消

耗量的关键。此外，苯环上可上羟基的位置较多，并且苯环与苯环间

易于偶联，如何合理控制反应的选择性也是此工艺路线获得成功的关

键所在。

图3.双氧水氧化生成酚羟基的可能机制

三、主要仪器与试剂

1.仪器三口烧瓶，温度计，电磁加热搅拌器，恒压滴液漏斗，球形

冷凝

管，抽滤瓶，布氏漏斗，分液漏斗，气相色谱。

2.试剂对二甲苯，浓硫酸，氢氧化钠，双氧水，催化剂及其他实验

室可

利用的试剂。

四、实验步骤

（一）磺化碱熔路线（非实验操作，讨论用）：

安全预防：浓硫酸具有强烈腐蚀性，皮肤接触应立即用大量清水冲洗。

标准磺化过程（非实验操作，讨论用）：

在250ml三口瓶中，加入20g对二甲苯，搅拌升温至100℃（A），缓

慢滴加50.0g（B）浓硫酸（滴加时控制反应温度在100~105℃（C）），滴

加完后100~105℃（C）保温2小时。保温结束后，将反应液冷至70℃

。滴加28.6g水，滴加水时控制温度在70~75℃。滴完后放入冰水浴中

低速搅拌30分钟，抽滤，真空烘干得白色固体，计算收率。每个同

学采用不同的反应条件（从第一位同学开始，依次选择

A=90,100,110；B=30,40,50,60：C=90,100,110），对照不同反应条件

对收率影响。

成盐过程（非实验操作，讨论用）：

在250ml反应瓶中，加入16.9g水，搅拌下室温